Частота вращения шестерни (насоса)
 ,
где uн – окружная скорость вращения шестерни на внешнем диаметре, м/с;
D = m(z + 2) – диаметр внешней окружности шестерни, м.
Окружная скорость вращения шестерни на внешнем диаметре не должна превышать 8 … 10 м/с. При больших значениях скорости коэффициент подачи насоса значительно уменьшается.
Задавшись значениями m, z и uн, определяют длину зуба (м):
 .
Мощность (кВт), затрачиваемая на привод масляного насоса:
 ,
где Vр – расчетная производительность масляного насоса, м3/с;
р – рабочее давление масла в системе (в карбюраторных двигателях р = 0,3 … 0,5 МПа; в дизелях р = 0,3 … 0,7 МПа);
ηм.н = 0,85 … 0,90 – механический кпд масляного насоса.
2. 3. Центрифуга
Масляная центрифуга представляет собой центробежный фильтр тонкой очистки масла от механических примесей.
В автомобильных и тракторных двигателях наибольшее распространение получили двухсопловые центрифуги с гидрореактивным приводом. Действие этого привода основано на использовании реакции струй масла, вытекающих из сопел. Отличаясь простотой устройства и обслуживания при эксплуатации, центрифуги с гидрореактивным приводом обеспечивают высокие угловые скорости вращения ротора и, следовательно, качественную очистку масла.
Расчет центрифуги заключается в определении необходимого давления масла перед центрифугой и частоты вращения ее ротора. В современных центрифугах подача масла под давлением 0,25 … 0,6 МПа обеспечивает вращение ротора со скоростью 5000 … 8000 мин-1.
Неполнопоточнсть центрифуги принимается равной 20%. Производительность центрифуги:
VР.Ц. = 0,2·V Ц .
Коэффициент сжатия струи масла изменяется в пределах и для наиболее распространенных форм сопел равен 0,9.
Частота вращения ротора (мин -1):
 .
где ρм – плотность масла, кг/м3;
ε – коэффициент сжатия струи масла, вытекающего из сопла, ε = 0,9 – 1,1;
Fс – площадь отверстия сопла, м2, (диаметр сопла dс = 2 мм);
R – расстояние от оси сопла до оси вращения ротора, м, R = 40 мм;
a – момент сопротивления в начале вращения ротора, H·м, (5…20)ּ10-4 H·м;
b – скорость нарастания момента сопротивления (H·м)/мин-1,
b = (0,03 … 0,10)10-4 (H·м)/мин-1.
Качественная очистка масла происходит при n = 4500 … 6500 мин-1.
Давление масла перед центрифугой:
 ,
где r0 – радиус оси ротора, м, r0 = 0,008 м;
ψ – коэффициент гидравлических потерь (для полнопоточных центрифуг ψ = 0,2 … 0,5, а для неполнопоточных ψ = 0,1 … 0,2);
α = 0,78 … 0,86 – коэффициент расхода масла через сопло.
Мощность (кВт), затрачиваемая на привод центрифуги:
 .
2. 4. Масляный радиатор
Масляный радиатор представляет собой теплообменный аппарат для охлаждения масла, циркулирующего в системе двигателя. Различают два типа радиаторов: воздушно-масляные с воздушным охлаждением и водомасляные – с водяным охлаждением. Ниже приводится расчет водомасляного радиатора.
Поверхность охлаждения масляного радиатора, омываемая водой, м2:
 ,
где QМ – количества тепла, отводимого маслом от двигателя, Дж/с;
КM – коэффициент теплопередачи от масла к воде, Вт/(м2·К);
ТМ.СР = (ТМ.ВХ + ТМ.ВЫХ)/2 = 348 … 363 К – средняя температура масла в радиаторе;
ТВОД.СР = (ТВОД.ВХ + ТВОД.ВЫХ)/2 = 343 … 358 К – средняя температура воды в радиаторе.
Коэффициент теплопередачи от масла к воде, Вт/(м2·К):
 ,
где α1 – коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам радиатора, Вт/(м2·К);
δ = 0,002 м – толщина стенки радиатора;
λТЕП - коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м·К);
α2 – коэффициент теплоотдачи от стенок радиатора к воде, Вт/(м2·К).
С увеличением α1, λТЕП, α2 и уменьшением δ величина КМ возрастает. Вследствие трудности аналитического определения величин α1, λТЕП, α2 их значения принимаются по опытным данным.
Величина α1 зависит в основном от скорости движения масла. Для прямых гладких трубок при wм = 0,1 … 0,5 м/с коэффициент α1 = 100 … 500 Вт/(м2·К); при наличии завихрителей в трубках и wм = 0,5 … 1,0 м/с коэффициент α1 = 800 … 1400 Вт/(м2·К).
Величина λТЕП зависит от материала радиатора:
для латуни и алюминиевых сплавов λТЕП = 80 … 125 Вт/(м·К),
для нержавеющей стали λТЕП = 10 … 20 Вт/(м·К).
Величина α2 изменяется в пределах 2300 … 4100 Вт/(м2·К).
Полный коэффициент теплопередачи КМ:
для прямых гладких трубок КМ = 115 … 350,
для трубок с заверителями КМ = 815 … 1160.
Учитывая оребрение, площадь внутренней поверхности трубок радиатора принимается, м2:
 .
3. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
3. 1. Общие сведения
При сгорании топлива в поршневых двигателях внутреннего сгорания выделяется большое количество теплоты, вследствие чего детали двигателя, соприкасающиеся с горячими газами, сильно нагреваются.
Охлаждение двигателя применяется в целях принудительного отвода теплоты от нагретых деталей для обеспечения оптимального теплового состояния двигателя и его нормальной работы. Большая часть отводимой теплоты воспринимается системой охлаждения, меньшая — системой смазки и непосредственно окружающей средой.
В зависимости от рода используемого теплоносителя в автомобильных и тракторных двигателях применяют систему жидкостного или воздушного охлаждения. В качестве жидкого охлаждающего вещества используют воду и некоторые другие высококипящие жидкости, а в системе воздушного охлаждения – воздух.
Тепловое состояние двигателя в первом случае оценивают по температуре охлаждающей жидкости (в закрытых системах равна 100С, максимальная кратковременно допустимая – 105С; в открытых системах допустимая температура охлаждающей жидкости – 90 … 95С).
Каждая из указанных систем охлаждения имеет преимущества и недостатки. К преимуществам жидкостного охлаждения следует отнести:
а) более эффективный отвод теплоты от нагретых деталей двигателя при любой тепловой нагрузке;
б) быстрый и равномерный прогрев двигателя при пуске;
в) допустимость применения блочных конструкций цилиндров двигателя;
г) меньшая склонность к детонации в бензиновых двигателях;
д) более стабильное тепловое состояние двигателя при изменении режима его работы;
е) меньшие затраты мощности на охлаждение и возможность использования тепловой энергии, отводимой в систему охлаждения.
Недостатки системы жидкостного охлаждения:
а) большие затраты на обслуживание и ремонт в эксплуатации;
б) пониженная надежность работы двигателя при отрицательных температурах окружающей среды и большая чувствительность к ее изменению.
Двигатели с жидкостным охлаждением по объёму на 13 … 17 % меньше и на 10 % легче двигателей с воздушным охлаждением. Затраты мощности на охлаждение в двигателях с воздушным охлаждением составляют 3,5 … 13 %, в двигателях с жидкостным охлаждением – 2 … 9 %.
Систему жидкостного охлаждения наиболее целесообразно использовать в форсированных двигателях и в двигателях с относительно большим рабочим объемом цилиндра; систему воздушного охлаждения – в двигателях с рабочим объемом цилиндра до 1 л независимо от степени форсировки и в двигателях с небольшой литровой мощностью.
Расчет основных конструктивных элементов системы охлаждения производится исходя из количества теплоты, отводимой от двигателя в единицу времени.
3. 2. Расчёт системы жидкостного охлаждения
При жидкостном охлаждении количество отводимой теплоты (Дж/с)
 ,
где с = 0,45 … 0,53 – коэффициент пропорциональности;
i – число цилиндров;
D – диаметр цилиндра, см;
m = 0,5 … 0,7 – показатель степени;
n – частота вращения вала двигателя;
QH – количество теплоты, потерянное из-за химической неполноты сгорания:
QH = 119950(1 – )L0,
где - коэффициент избытка воздуха, для карбюраторных двигателей = 0,96, для дизельных двигателей = 1,0;
L0 – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль возд./кг топл.
 ,
где С, Н, О – массовые доли соответственно углерода, водорода и кислорода в элементарном составе топлива;
0,21 – объемное содержание кислорода в 1 кг воздуха.
Таблица 1.
Элементарный состав и теплота сгорания топлива
Топливо
|
Содержание в массовых долях
|
Низшая теплота сгорания, QH, кДж/кг
|
С
|
Н
|
О
|
Автомобильный бензин
|
0,855
|
0,145
|
-
|
44000
|
Дизельное топливо
|
0,87
|
0,125
|
0,005
|
42500
|
На теплоту, отводимую охлаждающей жидкостью, оказывают влияние многие эксплуатационные и конструктивные факторы. С увеличением частоты вращения двигателя и температуры охлаждающей жидкости, а также коэффициента избытка воздуха величина QВ уменьшается, а с увеличением размеров охлаждающей поверхности и отношения хода поршня к диаметру цилиндра возрастает.
Расчет системы жидкостного охлаждения сводится к определению основных размеров жидкостного насоса, поверхности радиатора и подбору вентилятора.
При воздушном охлаждении теплота от стенок цилиндров и головок двигателя отводится обдувающим их воздухом. Интенсивность воздушного охлаждения зависит от количества и температуры охлаждающего воздуха, его скорости, размеров поверхности охлаждения и расположения ребер относительно потока воздуха.
Циркуляционный расход охлаждающей жидкости, м3/с:
 ,
где ρВ – плотность жидкости, кг/м3, ρВ = 1000 кг/м3 – плотность воды,
ρВ = 900 кг/м3 – плотность этиленгликолевой смеси;
сВ – удельная теплоёмкость циркулирующей жидкости, кДж/(кг·С),
сВ = 4,187 кДж/(кг·С) – для воды, сВ = 2,093 кДж/(кг·С) – для этиленгликолевые смеси,
ΔТЖ – перепад температуры охлаждающей жидкости в радиаторе. Для принудительной циркуляции воды в системе ΔТЖ = 6 … 12С.
|
